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基于变步长极值搜索的列车黏着控制方法研究

铁道机车车辆 2021年第6期41卷 45-52页

作者：柳海科袁忠于兰州交通大学机电工程学院兰州730070

为了有效地解决由于外界因素导致的轮轨黏着牵引力利用率不高的问题,提出用全维状态观测器来估测黏着系数,同时采用带遗忘因子递推最小二乘算法(FFRLS)以获得黏滑特性曲线的斜率值,进而引入变步长梯度下降法搜寻最优蠕滑速度以调节转矩... 详细信息

为了有效地解决由于外界因素导致的轮轨黏着牵引力利用率不高的问题,提出用全维状态观测器来估测黏着系数,同时采用带遗忘因子递推最小二乘算法(FFRLS)以获得黏滑特性曲线的斜率值,进而引入变步长梯度下降法搜寻最优蠕滑速度以调节转矩补偿值,可实现在恶劣轮轨路况下高速列车黏着力仍可高效利用的目的。文中将在Matlab/Simulink平台对此研究策略的可行度和有效性进行验证。

关键词：黏着控制变步长梯度下降法带遗忘因子最小二乘法黏着力黏滑曲线斜率

城市轨道交通车辆牵引系统黏着控制优化方法及其应用

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城市轨道交通研究 2020年第8期23卷 80-83页

作者：葛洪勇刘承波马法运张佳波中车青岛四方车辆研究所有限公司青岛266111 中国铁路济南局集团有限公司青岛机车车辆监造项目部青岛266111

对列车发生空转或滑行的机理进行了详细分析。基于车辆黏着控制技术的研究应用现状,提出了一种消除空转或滑行与保持空转或滑行相结合的优化黏着控制方法。详细阐述了该控制方法的控制原理及实现方法,并进行了试验验证。试验结果表明:... 详细信息

对列车发生空转或滑行的机理进行了详细分析。基于车辆黏着控制技术的研究应用现状,提出了一种消除空转或滑行与保持空转或滑行相结合的优化黏着控制方法。详细阐述了该控制方法的控制原理及实现方法,并进行了试验验证。试验结果表明:该控制方法结构简单、易于实现,能够充分利用黏着,使转矩波动较小、列车运行平稳,能有效提高乘坐舒适度。

关键词：城市轨道交通牵引系统黏着控制

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基于最优蠕滑辨识的高速列车黏着控制研究

机车电传动 2020年第2期 12-16页

作者：吴业庆赵旭峰喻励志李科株洲中车时代电气股份有限公司轨道交通技术中心湖南株洲412001

针对高速列车黏着控制提出一种最优蠕滑辨识方法,通过仿真分析验证该方法的有效性。通过捕捉瞬态控制和稳态控制切换时的蠕滑率作为控制基准值,以模糊控制方式对控制基准值进行调节,实时辨识轨面最优蠕滑率。该方法以最优蠕滑率为控制... 详细信息

针对高速列车黏着控制提出一种最优蠕滑辨识方法,通过仿真分析验证该方法的有效性。通过捕捉瞬态控制和稳态控制切换时的蠕滑率作为控制基准值,以模糊控制方式对控制基准值进行调节,实时辨识轨面最优蠕滑率。该方法以最优蠕滑率为控制目标达到获取最优黏着控制效果,实现了最大黏着系数利用、提升牵引力发挥稳定性的目的,为黏着控制在高速列车领域的应用提供了指导。

关键词：高速列车黏着控制最优蠕滑率模糊控制仿真

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电力机车黏着控制分析

铁道机车车辆 2011年第3期31卷 22-25页

作者：高翔张波中国铁道科学研究院机车车辆研究所北京100081

机车的黏着控制决定黏着利用的优劣,关系到列车的行车安全,是传动控制系统的重要组成部分。主要介绍黏着的相关概念和产生的原因,当前电力机车常用的黏着控制方法,最后比较了两种大功率交流传动机车的黏着性能。

关键词：电力机车黏着控制组合校正法

HXD2型重载机车黏着控制及其半实物仿真研究

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HXD2型重载机车黏着控制及其半实物仿真研究

作者：张文博西南交通大学

学位级别：硕士

电力机车依赖于轮轨间的黏着将牵引电机提供的动力转换为机车运行的牵引力,黏着利用的好坏将直接影响牵引力的发挥以及运行的稳定型、安全性。在雨雪、油污等复杂路况影响下,轮轨间的黏着大大降低,车轮空转现象频有发生,导致机车牵引力... 详细信息

电力机车依赖于轮轨间的黏着将牵引电机提供的动力转换为机车运行的牵引力,黏着利用的好坏将直接影响牵引力的发挥以及运行的稳定型、安全性。在雨雪、油污等复杂路况影响下,轮轨间的黏着大大降低,车轮空转现象频有发生,导致机车牵引力大幅下降,难以满足实际的牵引需求。研究有效的黏着控制方法,提高轮轨间的黏着利用,对于保证牵引力稳定输出,提高运输能力至关重要。传统基于校正型思路的再黏着控制方法虽然有着不错的控制效果,但是伴随着重载机车运行速度和机车载荷不断提升,传统方法很难继续满足不断增长的牵引性能、运输能力的需求。因此,本文在传统黏着控制方法的基础上设计了优化控制方法。首先,设计了单轴最优转矩在线搜寻的黏着控制方法。该方法根据车轮蠕滑速度、加速度判断轮轨的黏着状态,结合黏着特性曲线变化规律,在线搜寻适宜在当前轨面工况下运行的最优牵引转矩,从而使轮轨稳定于最佳的黏着状态,有效地避免了传统方法中牵引转矩反复上升下降调节造成牵引力大幅下降。在车轮黏着再恢复过程中,基于加速度的变化规律,设计了转矩调节的优化算法。基于黏着控制过程中空转识别与空转收敛点不同的特点,设计了多窗口大小切换的移动滤波算法。通过上述转矩调节及滤波算法的改进,优化了传统方法存在的转矩过度卸载问题,保证了牵引力的充分利用。其次,将整车作为研究对象,利用轴控式牵引系统单轴独立控制牵引转矩的优势,在最优转矩在线搜寻的黏着控制方法的基础上,考虑轴重转移现象对机车各轴黏着重量的影响,设计全维状态观测器估算各轴轮对黏着力,分别计算出匹配各轴实际黏着状态的最优牵引转矩,从而提升机车整体的牵引性能。最后,基于现场行车试验的困难、半实物仿真实时性好、可靠性强等因素,利用Modeling Tech实验仿真设备搭建了硬件在环的黏着控制半实物仿真测试平台,验证本文所设计的优化算法,与传统方法对比,仿真结果表明,该方法可以有效地抑制车轮空转,提高轮轨黏着利用率,提高机车整体牵引力。

关键词：重载机车黏着控制最优转矩轴重转移全维状态观测器半实物仿真

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基于模型预测控制的黏着控制方法研究

基于模型预测控制的黏着控制方法研究

作者：康灿西南交通大学

学位级别：硕士

动车组因其运量大、速度快和准点率高等优点受到了人们的青睐,同时,也引发了人们对于列车行车安全的普遍关注。在列车运行时,电机产生的牵引力或制动力是依靠轮轨之间的产生的黏着力来进行传递转化的,若牵引力超过了最大黏着力,车轮容... 详细信息

动车组因其运量大、速度快和准点率高等优点受到了人们的青睐,同时,也引发了人们对于列车行车安全的普遍关注。在列车运行时,电机产生的牵引力或制动力是依靠轮轨之间的产生的黏着力来进行传递转化的,若牵引力超过了最大黏着力,车轮容易发生空转/滑行。因此,本文设计了基于模型预测控制的黏着控制方法,不仅能够及时抑制轮对空转,同时使列车稳定运行在黏着峰值点附近,实现黏着利用率的最大化。首先,考虑到在黏着峰值点时,轮轨间的黏着利用率高。因此,设计了一种最优蠕滑速度搜寻方法,通过估计的黏着系数和蠕滑速度信号来判断列车运行状态,从而实时调整参考蠕滑速度信号的输出,并最终稳定在当前轨面下的最优蠕滑速度附近。最后基于MATLAB/Simulink软件搭建了动力学模型,并设计了转矩控制器,仿真验证了该最优蠕滑速度搜寻方法的有效性。其次,考虑到基于列车动力学模型进行预测控制器的设计会造成优化求解的困难,难以满足实际系统实时性的要求,同时主要的非线性特性集中在轮轨之间的黏着特性上。因此,采用了T-S多模型建模方法对轮轨之间的黏着特性进行多模型建模分析。首先采用基于局部线性度的聚类方法对黏着特性的离线样本数据进行聚类划分,得到聚类个数和对应的聚类中心。然后,在得到T-S模糊规则的前件参数后,采用最小二乘法对局部线性模型的参数进行辨识与优化。最后基于MATLAB/Simulink软件分别对干燥和潮湿的两种轨面下的黏着特性进行多模型建模分析,验证了T-S多模型建模方法的有效性。最后,为了实现轮轨之间的最佳黏着利用,设计了基于模型预测控制算法的黏着控制器。预测控制器的参考输入为最优蠕滑速度搜寻模块输出的参考蠕滑速度,预测模型为经过多模型建模优化后的黏着系统模型。在预测控制器的设计中,通过设计目标函数和牵引系统的约束来进行滚动优化,并得到作用于系统当前时刻的最优牵引转矩,实现蠕滑速度对最优蠕滑速度的稳定追踪,使列车在不同轨面下都能运行在黏着峰值点附近,保持较高的黏着利用率。最后基于PLECS软件环境和RT BOX平台搭建了黏着控制系统的半实物平台,并模拟了实际中的轨面切换工况,验证了基于模型预测控制算法的黏着控制器的有效性。

关键词：黏着控制模型预测控制最优蠕滑速度搜寻 T-S多模型建模动车组

基于蠕滑速度估计的重载列车黏着控制方法研究

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基于蠕滑速度估计的重载列车黏着控制方法研究

作者：张清华西南交通大学

学位级别：硕士

随着世界经济发展,对重载列车的运载能力、速度上限、安全稳定性均有了更高的要求,也因此引发了国内外诸多学者对重载列车运行性能和安全的大量研究。列车运行的过程中,其最大牵引力或制动力实际上受到轮对与轨面间的黏着力限制,一旦超... 详细信息

随着世界经济发展,对重载列车的运载能力、速度上限、安全稳定性均有了更高的要求,也因此引发了国内外诸多学者对重载列车运行性能和安全的大量研究。列车运行的过程中,其最大牵引力或制动力实际上受到轮对与轨面间的黏着力限制,一旦超过了这个限制即使加大电机的牵引或制动转矩也无济于事,反而会导致列车产生空转或滑行现象,极大危害行车安全。因此,本文设计了基于蠕滑速度估计的最优黏着控制方法,实现对最大黏着点的搜索,并配合转矩控制器控制列车运行在最大黏着点附近。首先,考虑到实际运行过程中重载列车的纵向车速获取是比较困难的,而由于蠕滑的存在轮速传感器得到的车轮转速并不是与车速完全相等的,因此首先提出了基于平方根形式的容积卡尔曼滤波的单轴重载列车蠕滑速度估计方法,该方法比起不带平方根的滤波方法具备更高的估计精度和稳定性,同时该方法由于采用了平方根形式,能够在多轴列车动力学系统的下依然保证滤波不发散,并基于MATLAB/Simulink软件建立列车动力学模型进行了验证。进一步,为了保证多轴重载列车的蠕滑速度估计精度的同时,尽可能减少滤波器间的通讯消耗,提出了基于分布式平方根容积信息滤波器的多轴重载列车蠕滑速度估计方法,该方法利用四个单轴滤波器的信息形式经过平均一致性原则的交互实现仅次于集中式滤波的估计精度,并且能够保证滤波算法不发散,最后基于MATLAB环境进行了仿真验证。其次,考虑到实际运行时的黏着特性曲线以及列车动力学模型可能具有一定的不确定性,加上传感器的未知噪声等影响,而基于卡尔曼滤波框架下的蠕滑速度估计方法需要相对准确的黏着模型,因此首先基于重载列车的运行数据设计了基于差分进化算法的黏着参数辨识方法,该方法能够在黏着特性曲线带有一定不确定性时给出误差尽可能小的参数辨识结果,并针对列车动力学模型以及黏着力计算模型中的微小不确定性,设计了基于噪声自适应的平方根容积卡尔曼滤波器的蠕滑速度估计方法,最后基于MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证。最后,为了实现对最大黏着系数的搜索,利用估计得到的蠕滑速度和观测器估计的黏着系数建立黏着特性曲线,设计了基于最大黏着点跟踪的变步长搜索方法,并通过PID控制作为转矩控制器实现对搜索算法给定蠕滑速度或蠕滑率的跟踪。最后基于NI的MT PXI实时仿真器,在半实物仿真环境中进行了验证。

关键词：黏着控制分布式平方根容积信息滤波差分进化算法重载列车

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车控模式下高速列车优化黏着控制方法研究

车控模式下高速列车优化黏着控制方法研究

作者：王雄国西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路的快速发展,作为高速铁路核心装备的高速列车在不断的引进、吸收及再创新也得到了飞速的发展。然而,随着高速列车的速度不断增加以及复杂路况的影响,致使轮轨间的黏着性能持续下降,车轮频频发生空转的现象,不利于列车... 详细信息

随着我国高速铁路的快速发展,作为高速铁路核心装备的高速列车在不断的引进、吸收及再创新也得到了飞速的发展。然而,随着高速列车的速度不断增加以及复杂路况的影响,致使轮轨间的黏着性能持续下降,车轮频频发生空转的现象,不利于列车的安全运行。为了抑制车轮的空转,提高列车运行时的轮轨黏着利用能力,研究适应高速列车的黏着控制方法,对列车稳定安全运行具有重要的意义。本文在高速列车车控式牵引系统的特点下,设计了一种优化黏着控制方法,并结合各个动车各轮轴间黏着能力的差异性进行了整车黏着控制研究。首先,介绍高速列车的相关黏着机理,并搭建高速列车单轴牵引动力学模型和整车模型。设计一种在线搜寻最优牵引转矩的黏着控制方法,该方法通过设立搜寻车搜寻适应当前轨面条件的最优转矩,使列车整体稳定运行于高黏着状态,避免了列车在恶劣轨面条件下发生持续空转。其次,在牵引转矩恢复过程中,设计一种斜率自适应调节的三次曲线拟合恢复算法,该算法通过实时调节转矩恢复斜率,使列车能快速恢复到给定转矩或最优牵引转矩,同时还会避免二次空转现象的发生。通过与传统黏着控制方法的仿真进行对比,可验证所提方法的有效性。再次,根据高速列车各个动车以及各轴黏着能力的不同,并利用高速列车车控式牵引系统中各个动车独立控制牵引转矩的特点,在最优转矩搜寻的黏着控制方法基础上,设计一种轮对空转后整车黏着控制算法,通过仿真可验证该算法能提升列车整体的牵引性能。最后,利用Modeling Tech半实物仿真设备,搭建列车黏着控制的半实物仿真平台对黏着控制方法进行实验验证,实验结果表明,该方法能有效抑制列车在恶劣轨面条件下的多次空转,保持列车稳定运行于高黏着状态。

关键词：高速列车黏着控制车控式牵引系统最优转矩整车控制

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基于蠕滑加速度的高速列车黏着控制研究

基于蠕滑加速度的高速列车黏着控制研究

作者：庞红燕北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：近年来随着高速动车组的不断提速,对列车安全性能要求越来越高,如果发生空转或滑行而不能及时控制住将引起轮轨发热、轮轨擦伤等现象发生,严重时会造成脱轨等,因此对于高速列车来说,对黏着控制的研究也就显得非常重要。本文主要... 详细信息

摘要：近年来随着高速动车组的不断提速,对列车安全性能要求越来越高,如果发生空转或滑行而不能及时控制住将引起轮轨发热、轮轨擦伤等现象发生,严重时会造成脱轨等,因此对于高速列车来说,对黏着控制的研究也就显得非常重要。本文主要对黏着控制方法进行相关研究,以提高黏着利用率为目标提出了基于蠕滑加速度黏着控制策略。首先从轮轨黏着机理出发,阐述了黏着力产生的本质、蠕滑现象以及黏着特性,介绍了影响黏着系数的主要因素,通过分析列车的动力学方程,建立列车牵引系统模型,并在MATLAB/Simulink上搭建了基于CRH2A型动车组实际参数的单动轴动力学模型,通过仿真与CRH2A型动车组的实际运行特性比较,验证了建模理论的正确性,通过改变黏着特性曲线来模拟列车空转/滑行状态。其次提出了基于蠕滑加速度的黏着控制方法,并在基于CRH2A型动车组实际参数的单动轴动力学模型的基础上,通过仿真验证了方法的有效性,相比于组合校正法能够缩短制动距离,减少制动时间。最后,在5.5kW半实物黏着模拟实物平台上对组合校正法和基于蠕滑加速度黏着控制方法进行了实验验证,实验结果证明了基于蠕滑加速度黏着控制在抑制高速列车空转/滑行上具有一定的可行性,同时验证了基于蠕滑加速度黏着控制优于组合校正法,能够使得列车快速实现黏着并能获得高的黏着利用率。

关键词： CRH2A型动车组黏着控制组合校正法蠕滑加速度黏着利用率